CN113143457A - 基于mr头戴设备的颌面手术辅助系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统及方法，所述系统包括MR头戴设备和手术机器人；所述手术机器人用于基于患者颌面扫描数据进行患者颌面建模得到患处三维模型，根据所述三维模型规划得到手术计划，与患者颌面上的定位装置匹配以完成颌面手术；所述MR头戴设备用于接收所述手术机器人传输的患处三维模型，采集现场图像，将所述三维模型叠加在所述现场图像上患处的对应位置以对颌面手术过程进行监控，本发明可精确地辅助颌面手术的完成，减少患者痛苦。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统及方法。
背景技术
目前，自体骨移植用于恢复下颌骨缺损及功能的手术方法已经广泛应用于口腔颌面外科手术中，即截取患者自体的目标骨用于下颌骨修复。但是，由于人体头颈部软组织较多，解剖复杂，影像学检查与实际病损位置有一定偏差，可能导致术前主观定位不准确，术中出血风险大及术后反应明显的不良后果。并且，在截取自体目标骨时，通常采用尺子测量的方式进行比对截取，医生操作过程中精度的差异可能会导致误差较大，过少截取后骨缺损，过多截取后浪费，也可能会导致移植骨和颌面缺损部不能准确匹配。
发明内容
为了解决以上问题的至少之一，本发明的一个目的在于提供一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，精确地辅助颌面手术的完成，减少患者痛苦。本发明的另一个目的在于提供一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，本发明的再一个目的在于提供一种计算机设备。本发明的还一个目的在于提供一种可读介质。
为了达到以上目的，本发明一方面公开了一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，包括MR头戴设备和手术机器人；
所述手术机器人用于基于患者颌面扫描数据进行患者颌面建模得到患处三维模型，根据所述三维模型规划得到手术计划，与患者颌面上的定位装置匹配以完成颌面手术；
所述MR头戴设备用于接收所述手术机器人传输的患处三维模型，采集现场图像，将所述三维模型叠加在所述现场图像上患处的对应位置以对颌面手术过程进行监控。
优选的，进一步包括数据采集装置，用于对患者颌面进行打扫得到所述颌面扫描数据。
优选的，所述定位装置包括用于设置于患者体表的定位标记和咬合结构；
所述咬合结构用于定位患者上颌和下颌的相对位置。
优选的，所述定位标记设置于所述咬合结构上。
优选的，所述咬合结构包括与患者上颌和下颌分别固定连接的上颌套和下颌套以及连接所述上颌套和下颌套的连接卡扣。
优选的，进一步包括头部固定装置，用于固定患者头部的位置。
优选的，所述MR头戴设备进一步用于接收所述手术机器人传输的患者目标骨三维模型和目标骨截取范围，所述MR头戴设备用于将目标骨三维模型与现场图像中患者目标骨对应位置匹配叠加，根据目标骨截取范围对目标骨截取位置进行引导并确定目标骨截取切割的位置是否准确。
优选的，所述MR头戴设备进一步用于将手术计划中截取的多个目标骨三维模型叠加在现场图像中用于设置目标骨的颌面位置以对所述目标骨的位置固定进行引导。
优选的，进一步包括目标骨固定结构，所述目标骨固定结构包括连接多个目标骨的钛板以及将多个目标骨与患者颌面固定连接的钛钉。
优选的，所述手术机器人用于定时获取所述定位装置的位置，根据所述定位装置的位置和所述手术计划校正所述手术机器人机器臂的手术位置。
本发明还公开了一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，包括：
基于患者颌面扫描数据进行患者颌面建模得到患处三维模型，根据所述三维模型规划得到手术计划，与患者颌面上的定位装置匹配以完成颌面手术；
接收所述手术机器人传输的患处三维模型，采集现场图像，将所述三维模型叠加在所述现场图像上患处的对应位置以对颌面手术过程进行监控。
优选的，所述定位装置包括用于设置于患者体表的定位标记和咬合结构；
所述咬合结构用于定位患者上颌和下颌的相对位置。
优选的，所述定位标记设置于所述咬合结构上。
优选的，所述咬合结构包括与患者上颌和下颌分别固定连接的上颌套和下颌套以及连接所述上颌套和下颌套的连接卡扣。
优选的，进一步包括：
接收所述手术机器人传输的患者目标骨三维模型和目标骨截取范围；
将目标骨三维模型与现场图像中患者目标骨对应位置匹配叠加，根据目标骨截取范围对目标骨截取位置进行引导并确定目标骨截取切割的位置是否准确。
优选的，将手术计划中截取的多个目标骨三维模型叠加在现场图像中用于设置目标骨的颌面位置以对所述目标骨的位置固定进行引导。
优选的，定时获取所述定位装置的位置，根据所述定位装置的位置和所述手术计划校正所述手术机器人机器臂的手术位置。
本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，
所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法。
本发明还公开了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，
该程序被处理器执行时实现如上所述方法。
本发明通过手术机器人对患者颌面扫描数据进行建模得到患者待手术处的患处三维模型，根据该三维模型可确定手术计划。在实际手术过程中，手术机器人可与患者颌面的定位装置进行位置匹配，从而可确定手术的区域以完成颌面手术。同时，医生可佩戴MR头戴设备，将手术机器人传输的患处三维模型及采集的现场图像叠加进行虚拟现实结合展示，以便于医生对整个手术过程进行监控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统定位装置的正视图；
图2示出本发明基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统定位装置的俯视图；
图3示出本发明基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法的流程图；
图4示出本发明基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法目标骨截取引导的流程图；
图5示出本发明基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法手术机器人自动校正的流程图；
图6示出适于用来实现本发明实施例的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在传统颌面手术过程中，在术前通过CT定位病损位置，麻醉后确定手术切口从下唇正中开始，垂直向下直达颏下并继续沿下颌2下缘下2cm处向后绕过下颌2角直达乳突尖，切开皮肤、皮下组织，颈阔肌直至颌下腺外侧面。然后，结扎颌外动脉和面前静脉。翻开皮瓣，潜行分离，在咬肌前缘的下颌2骨下缘处可找到颌外动脉及面前静脉，结扎、切断。进而掀起下颌2骨外侧面的软组织，包括下颌2体部的骨膜和下颌2升支部的咬肌纤维，在颏孔处切断颏神经血管束，在颊沟处切开颊粘膜。之后再锯断颏部联合，用线锯截断颏部联合。剪断喙突及髁状突的连接把锯开的下颌2骨向外下方牵引，剪开对着于下颌2骨舌侧的口底肌肉和粘膜，再剪开翼内肌和颞肌的附着处，结扎、切断下牙槽神经、血管，最后将髁状突周围的关节囊和翼外肌附着处剪断，即可取下一侧下颌2骨。在下颌2骨摘除后，要充分止血，以生理盐水冲洗创口，将预制的人工钛板放置两侧髁状突部，置于两侧颞颌关节窝内，调整位置。
同时，可从自体植骨取多个长度合适的目标骨，用于代替下颌2骨缺损，在缺损的前后端口用动力机确定人工钛板钉孔位置，拧入钛钉固定钛板。缝合口腔粘膜把口底粘膜切缘与颊部粘膜严密缝合，并应作粘膜下加固缝合1-2层。缝合止血后用生理盐水冲洗创口，安置橡皮引流条或负压吸引管，逐层缝合。
在传统的颌面手术过程中，在术前CT定位病损位置时，由于头颈部软组织较多，解刨复杂，影像学检查与实际病损位置有一定偏差，可能导致术前主观定位不准确，术中出血风险大，术后反应明显的不良后果。切开钝性分离结扎血管等操作，有一定血管畸形及解剖结构特殊的风险，如术者有类“透视眼”，可减少不必要的出血。截取自体目标骨时，传统采用尺子测量的方式进行比对，常导致误差较大，过少截取后骨缺损，过多截取后浪费。此外，术中调整钛板不能完全匹配，需要部分调整，并且术后效果不能验证手术效果。为了解决现有技术中的问题，本发明综合MR、机器人外科及3D打印定位等技术，建立一种新型数字化外科手术系统，将MR技术直观应用于手术演示验证，精确地辅助颌面手术的完成，减少患者痛苦，并利用定位准确的手术机器人进行颌骨手术，同时结合3D打印得到定位模板等结构对手术进行引导，精确地辅助颌面手术的完成，减少患者痛苦。
综上，颌面部常因颌骨肿瘤及外伤骨折后会造成颌骨病损引发咬合错乱。传统手术术前通过影像学检查及术者经验对病损位置预估，但实际操作中会因主观因素导致术中分离组织，误伤重要血管及神经引发不必要的术后并发症。通过使用我们的新型技术，对于肿瘤患者，术前采集CT数据，重建术区三维模型，设计手术方案，提前判断手术风险，术中重建过程更为方便简单，术后反应及术后并发症更轻。
对于颌骨骨折的病人，常常会因为颌骨骨折造成咬合错乱，如通过口外路如进行手术，虽然视野更好，但术后瘢痕明显，影像患者今后生活。因此口腔外科常采用口内路如进行骨折复位，但口内手术范围狭小，其软组织丰富，出血明显，解剖层次复杂，采用我们的专利可以精准定位到术区，减少病人的痛苦。
根据本发明的一个方面，本实施例公开了一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统。所述系统包括MR头戴设备和手术机器人。
其中，所述手术机器人用于基于患者颌面扫描数据进行患者颌面建模得到患处三维模型，根据所述三维模型规划得到手术计划，与患者颌面上的定位装置匹配以完成颌面手术。
所述MR头戴设备用于接收所述手术机器人传输的患处三维模型，采集现场图像，将所述三维模型叠加在所述现场图像上患处的对应位置以对颌面手术过程进行监控。
本发明通过手术机器人对患者颌面扫描数据进行建模得到患者待手术处的患处三维模型，根据该三维模型可确定手术计划。在实际手术过程中，手术机器人可与患者颌面的定位装置进行位置匹配，从而可确定手术的区域以完成颌面手术。同时，医生可佩戴MR头戴设备，将手术机器人传输的患处三维模型及采集的现场图像叠加进行虚拟现实结合展示，以便于医生对整个手术过程进行监控。
在优选的实施方式中，所述系统进一步包括数据采集装置。该数据采集装置可用于对患者颌面进行打扫得到所述颌面扫描数据。具体的，数据采集装置可获取患者患处影像等扫描数据，手术机器人可对扫描数据进行分析，根据扫描数据中的动静脉、骨组织数据构建患处三维模型，并通过医生输入的手术信息等方式自动生成手术计划。其中，医生输入的手术信息可包括手术位置、切开深度以及安装位置等手术相关信息。需要说明的是，数据采集装置可以通过医学成像设备对患者扫描得到颌面扫描数据。目前普遍的医学成像设备包括CT医学成像设备和MRI医学成像设备等，也可采用其他医学成像设备，本发明对此并不作限定。
在优选的实施方式中，所述定位装置包括用于设置于患者体表的定位标记11和咬合结构。所述咬合结构用于定位患者上颌1和下颌2的相对位置。
可以理解的是，现阶段在利用手术机器人进行手术时，需要患者提前剃光头贴标记(mark)并扫描ct，待病人仰卧位全麻后将病人通过mayfield头架固定后方可与机器人匹配激活工作平台，而头架固定通常需要在患者颅骨打孔进行限制患者的头部的移动达到头部固定的目的。在使用过程中，现有的头部固定方式需要采用剃头及颅骨打孔等方式，会使患者遭受更多痛苦且有硬膜下出血的风险。为了解决患者手术时头部固定的问题，在该优选的实施方式中，采用定位标记11与咬合结构相结合的方式对患者头部进行固定，即通过定位标记11进行位置匹配，可得到患者手术位置，通过咬合结构固定患者上颌1和下颌2的位置，限制患者的上颌1和下颌2在手术过程中的移动，便于手术的顺利进行。
在优选的实施方式中，所述定位标记11设置于所述咬合结构上。可以理解的是，在本发明的一个或多个实施例中，定位标记11可以采用与传统的标记相同的方式固定在患者头部。而在该优选的实施方式中，为了避免由于定位而需要剃头对患者带来不便，可将定位标记11设置在咬合结构上，此时由于咬合结构限制了上颌1和下颌2的移动，从而保证了定位标记11位置的稳定性，使手术机器人可通过设于咬合结构上的定位标记11进行患者及手术位置的位置匹配标定。定位标记11可采用任何可以进行识别定位的标记，本发明对此并不作限定。
在优选的实施方式中，如图1和图2所示，所述咬合结构包括与患者上颌1和下颌2分别固定连接的上颌1套和下颌2套以及连接所述上颌1套和下颌2套的连接卡扣12。
可以理解的是，可预先提取患者的咬印模，然后通过3d打印技术打印出上、下颌2模型。根据模型制作咬合的上颌1套和下颌2套，并在上颌1套和下颌2套的侧面设置定位标记11的位置，上、下颌2通过咬合面上的凹凸点13匹配并通过连接卡扣12咬合固定，咬合就位后可扫描ct进行数据采集得到扫描数据。
在优选的实施方式中，所述系统进一步包括头部固定装置，用于固定患者头部的位置。可以理解的是，为了防止患者头部在手术过程中移动，还可进一步设置对患者头部进行辅助固定的头部固定装置，该头部固定装置可起到支撑和固定作用，无需对患者颅骨进行打孔，从而减少患者的痛苦。在实际应用时，可采用头盔等结构的头部固定装置以对患者头部进行辅助固定即可。
在优选的实施方式中，所述MR头戴设备进一步用于接收所述手术机器人传输的患者目标骨三维模型和目标骨截取范围，所述MR头戴设备用于将目标骨三维模型与现场图像中患者目标骨对应位置匹配叠加，根据目标骨截取范围对目标骨截取位置进行引导并确定目标骨截取切割的位置是否准确。
可以理解的是，在目标骨截取时，无法观察到患者体内的状态，即无法直接观察到截取的目标骨及周边的血管等组织在患者体内的位置情况等。在该优选的实施方式中，可根据通过医学成像设备对患者扫描得到的医学扫描数据形成目标骨三维模型，该目标骨三维模型可以清晰的看到展示患者小腿内部的情况，医生可以直观的观察到手术工具在患者体内的位置和状态。进一步的，还可在MR头戴设备采集的现场图像上显示对应的目标骨截取范围，医生根据MR头戴设备显示的截取范围进行目标骨截取，
在一个具体例子中，MR头戴设备可将DICOM格式的CT扫描数据分部转化，对血管、骨组织进行分割和重建，得到STL格式文件。该CT扫描数据可以是目标骨扫描数据，还可以是颌面患处扫描数据。对STL文件进行色彩调整，使重建后的骨组织、血管以不同颜色展示，得到三维模型。最后，三维模型数据以V3D形式传输到MR头戴设备中，利用MR头戴设备将三维重建模型叠加在现实场景中。
其中，优选的，颌面手术辅助系统还可包括目标骨截取模板。该目标骨截取模板可套设在小腿目标骨上，标示出目标骨待截取的部分，从而对目标骨截图进行辅助引导，进一步提高医生截取操作的简便性。在实际应用中，可通过对目标骨进行扫描得到目标骨扫描数据，然后根据手术计划对目标骨的截取范围进行合理规划，根据规划得到的目标骨截取范围形成目标骨截取三维模型，最后可通过3D打印技术将目标骨截取三维模型打印成目标骨截取模板以供手术使用。
在优选的实施方式中，所述MR头戴设备进一步用于将手术计划中截取的多个目标骨三维模型叠加在现场图像中用于设置目标骨的颌面位置以对所述目标骨的位置固定进行引导。
具体的，MR头戴设备可进一步将手术计划中目标骨在下颌2的固定位置标示出来，以引导医生将截取得到的目标骨段固定在面部对下颌2进行修复。当目标骨段固定在患者头部后，MR头戴设备可从采集的现场图像中识别目标骨段的位置，并与手术计划中目标骨段的预设安装位置进行比对，以确定目标骨段是否准确安装固定，从而本发明可对目标骨段的截取和固定位置进行比对校验，以对手术效果进行验证。
需要说明的是，本发明中的目标骨可以是腓骨和骼骨等可以进行切割并移植至颌面的骨组织，例如对于骨量需求比较多的颌面手术，目标骨可以选用腓骨，对于需求比较少的颌面手术，可以选用骼骨。在实际手术中，可以根据实际需求确定截取的目标骨的位置，本发明对此并不作限定。
在优选的实施方式中，所述系统进一步包括目标骨固定结构，所述目标骨固定结构包括连接多个目标骨的钛板以及将多个目标骨与患者颌面固定连接的钛钉。
可以理解的是，可利用MR技术将目标骨设置于下颌2骨缺损部位，目标骨固定结构可将目标骨段固定在下颌2骨上。具体的，手术机器人可定位预成型钛板在健侧颌骨位置，定位三个钉孔，该钉孔与手术计划中的设计位置完全一致。将钛板分别固定在目标骨段上，并将各目标骨段依次通过钛钉连接。最后将钛钉依次钉入钉孔中以将截取的目标骨段固定在下颌2骨上，代替下颌2的功能。
在优选的实施方式中，所述手术机器人用于定时获取所述定位装置的位置，根据所述定位装置的位置和所述手术计划校正所述手术机器人机器臂的手术位置。
可以理解的是，目前的手术机器人无法实现智能的动态调整，手术机器人通常按照手术计划顺序执行手术过程。而当手术机器人在手术过程中由于外力作用而发生位置的变化，可能会导致手术出现误差，需要重新进行定位装置匹配才能够实现手术的准确完成，则目前的手术过程中，为了保证手术过程的准确，需要手术机器人的机器臂和患者均需保持稳定状态。为了降低对目前手术机器人稳定性的要求，在该优选的实施方式中，手术机器人在与定位装置匹配定位后，每隔预设时间间隔获取执行手术的手术臂的位置，并与手术计划当前时间手术臂对应的定位装置位置进行比对校验，以确定手术臂是否仍处于预设的准确手术过程中。若手术臂的位置与目标位置相同，手术臂的位置仍处于预设的准确手术线路中，若手术臂的位置与目标位置不同，表示手术机器人或患者可能发生移动，为了避免手术出错，根据手术计划中当前时间定位装置位置对手术臂的位置进行调整校正，从而保证手术机器人能够跟踪并自动调整手术臂的位置使手术机器人能够准确、高效的完成手术。
基于相同原理，本实施例还公开了一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法。如图3所示，本实施例中，所述方法包括：
S100：基于患者颌面扫描数据进行患者颌面建模得到患处三维模型，根据所述三维模型规划得到手术计划，与患者颌面上的定位装置匹配以完成颌面手术。
S200：接收所述手术机器人传输的患处三维模型，采集现场图像，将所述三维模型叠加在所述现场图像上患处的对应位置以对颌面手术过程进行监控。
本发明通过手术机器人对患者颌面扫描数据进行建模得到患者待手术处的患处三维模型，根据该三维模型可确定手术计划。在实际手术过程中，手术机器人可与患者颌面的定位装置进行位置匹配，从而可确定手术的区域以完成颌面手术。同时，医生可佩戴MR头戴设备，将手术机器人传输的患处三维模型及采集的现场图像叠加进行虚拟现实结合展示，以便于医生对整个手术过程进行监控。
在优选的实施方式中，可对患者颌面进行打扫得到所述颌面扫描数据。具体的，可通过数据采集装置获取患者患处影像等扫描数据，手术机器人可对扫描数据进行分析，根据扫描数据中的动静脉、骨组织数据构建患处三维模型，并通过医生输入的手术信息等方式自动生成手术计划。其中，医生输入的手术信息可包括手术位置、切开深度以及安装位置等手术相关信息。需要说明的是，数据采集装置可以通过医学成像设备对患者扫描得到颌面扫描数据。目前普遍的医学成像设备包括CT医学成像设备和MRI医学成像设备等，也可采用其他医学成像设备，本发明对此并不作限定。
在优选的实施方式中，所述定位装置包括用于设置于患者体表的定位标记11和咬合结构；
所述咬合结构用于定位患者上颌1和下颌2的相对位置。
可以理解的是，现阶段在利用手术机器人进行手术时，需要患者提前剃光头贴mark并扫描ct，待病人仰卧位全麻后将病人通过mayfield头架固定后方可与机器人匹配激活工作平台，而头架固定通常需要在患者颅骨打孔进行限制患者的头部的移动达到头部固定的目的。在使用过程中，现有的头部固定方式需要采用剃头及颅骨打孔等方式，会使患者遭受更多痛苦且有硬膜下出血的风险。为了解决患者手术时头部固定的问题，在该优选的实施方式中，采用定位标记11与咬合结构相结合的方式对患者头部进行固定，即通过定位标记11进行位置匹配，可得到患者手术位置，通过咬合结构固定患者上颌1和下颌2的位置，限制患者的上颌1和下颌2在手术过程中的移动，便于手术的顺利进行。
在优选的实施方式中，所述定位标记11设置于所述咬合结构上。可以理解的是，在本发明的一个或多个实施例中，定位标记11可以采用与传统的标记相同的方式固定在患者头部。而在该优选的实施方式中，为了避免由于定位而需要剃头对患者带来不便，可将定位标记11设置在咬合结构上，此时由于咬合结构限制了上颌1和下颌2的移动，从而保证了定位标记11位置的稳定性，使手术机器人可通过设于咬合结构上的定位标记11进行患者及手术位置的位置匹配标定。定位标记11可采用任何可以进行识别定位的标记，本发明对此并不作限定。
在优选的实施方式中，所述咬合结构包括与患者上颌1和下颌2分别固定连接的上颌1套和下颌2套以及连接所述上颌1套和下颌2套的连接卡扣12。可以理解的是，可预先提取患者的咬印模，然后通过3d打印技术打印出上、下颌2模型。根据模型制作咬合的上颌1套和下颌2套，并在上颌1套和下颌2套的侧面设置定位标记11的位置，上、下颌2通过咬合面上的凹凸点13匹配并通过连接卡扣12咬合固定，咬合就位后可扫描ct进行数据采集得到扫描数据。
在优选的实施方式中，进一步可通过头部固定装置固定患者头部的位置。可以理解的是，为了防止患者头部在手术过程中移动，还可进一步设置对患者头部进行辅助固定的头部固定装置，该头部固定装置可起到支撑和固定作用，无需对患者颅骨进行打孔，从而减少患者的痛苦。在实际应用时，可采用头盔等结构的头部固定装置以对患者头部进行辅助固定即可。
在优选的实施方式中，如图4所示，所述方法进一步包括：
S010：接收所述手术机器人传输的患者目标骨三维模型和目标骨截取范围。
S020：将目标骨三维模型与现场图像中患者目标骨对应位置匹配叠加，根据目标骨截取范围对目标骨截取位置进行引导并确定目标骨截取切割的位置是否准确。
可以理解的是，在目标骨截取时，无法观察到患者体内的状态，即无法直接观察到截取的目标骨及周边的血管等组织在患者体内的位置情况等。在该优选的实施方式中，可根据通过医学成像设备对患者扫描得到的医学扫描数据形成目标骨三维模型，该目标骨三维模型可以清晰的看到展示患者小腿内部的情况，医生可以直观的观察到手术工具在患者体内的位置和状态。进一步的，还可在MR头戴设备采集的现场图像上显示对应的目标骨截取范围，医生根据MR头戴设备显示的截取范围进行目标骨截取，
在一个具体例子中，MR头戴设备可将DICOM格式的CT扫描数据分部转化，对血管、骨组织进行分割和重建，得到STL格式文件。该CT扫描数据可以是目标骨扫描数据，还可以是颌面患处扫描数据。对STL文件进行色彩调整，使重建后的骨组织、血管以不同颜色展示，得到三维模型。最后，三维模型数据以V3D形式传输到MR头戴设备中，利用MR头戴设备将三维重建模型叠加在现实场景中。
其中，优选的，颌面手术辅助系统还可包括目标骨截取模板。该目标骨截取模板可套设在小腿目标骨上，标示出目标骨待截取的部分，从而对目标骨截图进行辅助引导，进一步提高医生截取操作的简便性。在实际应用中，可通过对目标骨进行扫描得到目标骨扫描数据，然后根据手术计划对目标骨的截取范围进行合理规划，根据规划得到的目标骨截取范围形成目标骨截取三维模型，最后可通过3D打印技术将目标骨截取三维模型打印成目标骨截取模板以供手术使用。
在优选的实施方式中，所述方法进一步包括：
S300：将手术计划中截取的多个目标骨三维模型叠加在现场图像中用于设置目标骨的颌面位置以对所述目标骨的位置固定进行引导。
具体的，MR头戴设备可进一步将手术计划中目标骨在下颌2的固定位置标示出来，以引导医生将截取得到的目标骨段固定在面部对下颌2进行修复。当目标骨段固定在患者头部后，MR头戴设备可从采集的现场图像中识别目标骨段的位置，并与手术计划中目标骨段的预设安装位置进行比对，以确定目标骨段是否准确安装固定，从而本发明可对目标骨段的截取和固定位置进行比对校验，以对手术效果进行验证。
在优选的实施方式中，进一步可通过目标骨固定结构将目标骨固定在下颌2骨上，所述目标骨固定结构包括连接多个目标骨的钛板以及将多个目标骨与患者颌面固定连接的钛钉。
可以理解的是，可利用MR技术将目标骨设置于下颌2骨缺损部位，目标骨固定结构可将目标骨段固定在下颌2骨上。具体的，手术机器人可定位预成型钛板在健侧颌骨位置，定位三个钉孔，该钉孔与手术计划中的设计位置完全一致。将钛板分别固定在目标骨段上，并将各目标骨段依次通过钛钉连接。最后将钛钉依次钉入钉孔中以将截取的目标骨段固定在下颌2骨上，代替下颌2的功能。
在优选的实施方式中，如图5所示，所述方法进一步包括：
S410：定时获取所述定位装置的位置。
S420：根据所述定位装置的位置和所述手术计划校正所述手术机器人机器臂的手术位置。
可以理解的是，目前的手术机器人无法实现智能的动态调整，手术机器人通常按照手术计划顺序执行手术过程。而当手术机器人在手术过程中由于外力作用而发生位置的变化，可能会导致手术出现误差，需要重新进行定位装置匹配才能够实现手术的准确完成，则目前的手术过程中，为了保证手术过程的准确，需要手术机器人的机器臂和患者均需保持稳定状态。为了降低对目前手术机器人稳定性的要求，在该优选的实施方式中，手术机器人在与定位装置匹配定位后，每隔预设时间间隔获取执行手术的手术臂的位置，并与手术计划当前时间手术臂对应的定位装置位置进行比对校验，以确定手术臂是否仍处于预设的准确手术过程中。若手术臂的位置与目标位置相同，手术臂的位置仍处于预设的准确手术线路中，若手术臂的位置与目标位置不同，表示手术机器人或患者可能发生移动，为了避免手术出错，根据手术计划中当前时间定位装置位置对手术臂的位置进行调整校正，从而保证手术机器人能够跟踪并自动调整手术臂的位置使手术机器人能够准确、高效的完成手术。
由于该方法解决问题的原理与以上系统类似，因此本方法的实施可以参见系统的实施，在此不再赘述。
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机设备，具体的，计算机设备例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
在一个典型的实例中计算机设备具体包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的由客户端执行的方法，或者，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的由服务器执行的方法。
下面参考图6，其示出了适于用来实现本申请实施例的计算机设备600的结构示意图。
如图6所示，计算机设备600包括中央处理单元(CPU)601，其可以根据存储在只读存储器(ROM)602中的程序或者从存储部分608加载到随机访问存储器(RAM))603中的程序而执行各种适当的工作和处理。在RAM603中，还存储有系统600操作所需的各种程序和数据。CPU601、ROM602、以及RAM603通过总线604彼此相连。输入/输出(I/O)接口605也连接至总线604。
以下部件连接至I/O接口605：包括键盘、鼠标等的输入部分606；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶反馈器(LCD)等以及扬声器等的输出部分607；包括硬盘等的存储部分608；以及包括诸如LAN卡，调制解调器等的网络接口卡的通信部分609。通信部分609经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器610也根据需要连接至I/O接口605。可拆卸介质611，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器610上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装如存储部分608。
特别地，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括有形地包含在机器可读介质上的计算机程序，所述计算机程序包括用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分609从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质611被安装。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (19)
1.一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，包括MR头戴设备和手术机器人；
所述手术机器人用于基于患者颌面扫描数据进行患者颌面建模得到患处三维模型，根据所述三维模型规划得到手术计划，与患者颌面上的定位装置匹配以完成颌面手术；
所述MR头戴设备用于接收所述手术机器人传输的患处三维模型，采集现场图像，将所述三维模型叠加在所述现场图像上患处的对应位置以对颌面手术过程进行监控。
2.根据权利要求1所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，进一步包括数据采集装置，用于对患者颌面进行打扫得到所述颌面扫描数据。
3.根据权利要求1所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，所述定位装置包括用于设置于患者体表的定位标记和咬合结构；
所述咬合结构用于定位患者上颌和下颌的相对位置。
4.根据权利要求3所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，所述定位标记设置于所述咬合结构上。
5.根据权利要求3所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，所述咬合结构包括与患者上颌和下颌分别固定连接的上颌套和下颌套以及连接所述上颌套和下颌套的连接卡扣。
6.根据权利要求3所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，进一步包括头部固定装置，用于固定患者头部的位置。
7.根据权利要求1所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，所述MR头戴设备进一步用于接收所述手术机器人传输的患者目标骨三维模型和目标骨截取范围，所述MR头戴设备用于将目标骨三维模型与现场图像中患者目标骨对应位置匹配叠加，根据目标骨截取范围对目标骨截取位置进行引导并确定目标骨截取切割的位置是否准确。
8.根据权利要求7所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，所述MR头戴设备进一步用于将手术计划中截取的多个目标骨三维模型叠加在现场图像中用于设置目标骨的颌面位置以对所述目标骨的位置固定进行引导。
9.根据权利要求8所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，进一步包括目标骨固定结构，所述目标骨固定结构包括连接多个目标骨的钛板以及将多个目标骨与患者颌面固定连接的钛钉。
10.根据权利要求1所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助系统，其特征在于，所述手术机器人用于定时获取所述定位装置的位置，根据所述定位装置的位置和所述手术计划校正所述手术机器人机器臂的手术位置。
11.一种基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，其特征在于，包括：
基于患者颌面扫描数据进行患者颌面建模得到患处三维模型，根据所述三维模型规划得到手术计划，与患者颌面上的定位装置匹配以完成颌面手术；
接收所述手术机器人传输的患处三维模型，采集现场图像，将所述三维模型叠加在所述现场图像上患处的对应位置以对颌面手术过程进行监控。
12.根据权利要求11所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，其特征在于，所述定位装置包括用于设置于患者体表的定位标记和咬合结构；
所述咬合结构用于定位患者上颌和下颌的相对位置。
13.根据权利要求12所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，其特征在于，所述定位标记设置于所述咬合结构上。
14.根据权利要求12所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，其特征在于，所述咬合结构包括与患者上颌和下颌分别固定连接的上颌套和下颌套以及连接所述上颌套和下颌套的连接卡扣。
15.根据权利要求11所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，其特征在于，进一步包括：
接收所述手术机器人传输的患者目标骨三维模型和目标骨截取范围；
将目标骨三维模型与现场图像中患者目标骨对应位置匹配叠加，根据目标骨截取范围对目标骨截取位置进行引导并确定目标骨截取切割的位置是否准确。
16.根据权利要求11所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，其特征在于，进一步包括：
将手术计划中截取的多个目标骨三维模型叠加在现场图像中用于设置目标骨的颌面位置以对所述目标骨的位置固定进行引导。
17.根据权利要求11所述的基于MR头戴设备的颌面手术辅助方法，其特征在于，进一步包括：
定时获取所述定位装置的位置；
根据所述定位装置的位置和所述手术计划校正所述手术机器人机器臂的手术位置。
18.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，
所述处理器执行所述程序时实现如权利要求11-17任一项所述方法。
19.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，
该程序被处理器执行时实现如权利要求11-17任一项所述方法。
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